Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

8.4: Осмос та дифузія

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    23162

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Результати навчання

    • Визначте осмос і дифузію.
    • Розрізняють гіпотонічні, гіпертонічні, ізотонічні розчини.
    • Опишіть напівпроникну мембрану.
    • Прогнозувати поведінку клітин крові в різних типах розчинів.
    • Опишіть потік молекул розчинника через мембрану.
    • Визначте полярні та неполярні області клітинної мембрани.
    • Поясніть компоненти, присутні в фосфоліпіді.

    Рибні клітини, як і всі клітини, мають напівпроникні мембрани. Зрештою, концентрація «речей» по обидва боки від них вирівняється. Риба, яка живе в солоній воді, буде мати кілька солону воду всередині себе. Покладіть його в прісну воду, і прісна вода через осмос потратить в рибу, в результаті чого її клітини розбухнуть, і риба загине. Що буде з прісноводною рибою в океані?

    Осмос

    Уявіть, що у вас є чашка, в якій є\(100 \: \text{mL}\) вода, і ви\(15 \: \text{g}\) додаєте в воду столовий цукор. Цукор розчиняється, а суміш, яка зараз знаходиться в чашці, складається з розчиненої речовини (цукру), яка розчиняється в розчиннику (воді). Суміш розчиненої речовини в розчиннику називається розчином.

    Тепер уявіть, що у вас є друга чашка з\(100 \: \text{mL}\) водою, і ви\(45 \: \text{g}\) додаєте в воду столовий цукор. Так само, як і перша чашка, цукор є розчиненою речовиною, а вода - розчинником. Але тепер у вас є дві суміші різної концентрації розчинених речовин. При порівнянні двох розчинів нерівної концентрації розчиненої речовини розчин з більш високою концентрацією розчиненої речовини є гіпертонічним, а розчин з нижчою концентрацією розчиненої речовини є гіпотонічним. Розчини однакової концентрації розчинених речовин є ізотонічними. Перший цукровий розчин гіпотонічний до другого розчину. Другий цукровий розчин гіпертонічний до першого.

    Тепер ви додаєте два розчини в склянку, розділену напівпроникною мембраною, з порами, які занадто малі для проходження молекул цукру, але досить великі, щоб молекули води проходили. Гіпертонічний розчин - це одна сторона мембрани, а гіпотонічний розчин - з іншого. Гіпертонічний розчин має меншу концентрацію води, ніж гіпотонічний розчин, тому градієнт концентрації води зараз існує по всій мембрані. Молекули води будуть рухатися з боку більш високої концентрації води в сторону нижчої концентрації, поки обидва розчини не будуть ізотонічними. У цій точці досягається рівновага.

    Еритроцити поводяться так само (див. Малюнок нижче). Коли еритроцити знаходяться в гіпертонічному (більш високій концентрації) розчині, вода витікає з клітини швидше, ніж надходить всередину. Це призводить до утворення (зморщування) клітини крові. З іншого боку, еритроцити, які є гіпотонічними (нижча концентрація поза клітиною) призведе до того, що в клітину стікає більше води, ніж назовні. Це призводить до набухання клітини і потенційного гемолізу (розриву) клітини. В ізотонічному розчині надходження води всередину і з клітини відбувається з однаковою швидкістю.

    rbc.jpg
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Еритроцити в гіпертонічних, ізотонічних і гіпотонічних розчинами.

    Осмос - це дифузія молекул води через напівпроникну мембрану від ділянки розчину меншої концентрації (тобто більшої концентрації води) до ділянки розчину більш високої концентрації (тобто меншої концентрації води). Вода рухається в клітини і з них шляхом осмосу.

    • Якщо клітина знаходиться в гіпертонічному розчині, розчин має меншу концентрацію води, ніж цитозол клітини, і вода рухається з клітини, поки обидва розчини не будуть ізотонічними.
    • Клітини, поміщені в гіпотонічний розчин, будуть приймати воду через свої мембрани, поки зовнішній розчин і цитозол не будуть ізотонічними.

    Еритроцити будуть набрякати і піддаватися гемолізу (лопнути) при розміщенні в гіпотонічному розчині. При поміщенні в гіпертонічний розчин еритроцити буде втрачати воду і піддаватися зморщуванню (зморщуватися). Клітини тварин, як правило, найкраще справляються в ізотонічному середовищі, де надходження води всередину і з клітини відбувається з однаковою швидкістю.

    Дифузія

    Пасивний транспорт - це спосіб переміщення малих молекул або іонів по клітинній мембрані без введення енергії клітиною. Три основні види пасивного транспорту - дифузія (або проста дифузія), осмос та полегшена дифузія. Проста дифузія і осмос не залучають транспортних білків. Полегшена дифузія вимагає допомоги білків.

    Дифузія - це рух молекул з області високої концентрації молекул в область з меншою концентрацією. Для клітинного транспорту дифузія - це рух малих молекул по клітинній мембрані. Різниця в концентраціях молекул в двох областях називається градієнтом концентрації. Кінетична енергія молекул призводить до випадкового руху, викликаючи дифузію. При простій дифузії цей процес протікає без допомоги транспортного білка. Саме випадковий рух молекул змушує їх переходити з області високої концентрації в область з меншою концентрацією.

    Дифузія триватиме до тих пір, поки градієнт концентрації не буде усунений. Оскільки дифузія переміщує матеріали з області більш високої концентрації в нижчу, вона описується як переміщення розчинених речовин «вниз по градієнту концентрації». Кінцевим результатом є однакова концентрація, або рівновага, молекул по обидва боки мембрани. При рівновазі рух молекул не припиняється. При рівновазі відбувається рівний рух матеріалів в обох напрямках.

    Не все може потрапити в ваші клітини. Ваші клітини мають плазматичну мембрану, яка допомагає захистити ваші клітини від небажаних зловмисників.

    Плазмова мембрана та цитозол

    Якщо зовнішнє середовище клітини на водній основі, а всередині клітини також в основному вода, щось повинно переконатися, що клітина залишається недоторканою в цьому середовищі. Що станеться, якщо клітина розчинена у воді, як це робить цукор? Очевидно, що клітина не змогла вижити в такому середовищі. Тож щось повинно захищати клітину і дозволяти їй вижити у водному середовищі. Всі клітини мають навколо себе бар'єр, який відокремлює їх від навколишнього середовища і від інших клітин. Цей бар'єр називається плазматичною мембраною, або клітинною мембраною.

    Плазмова мембрана

    Плазмову мембрану (див. Малюнок нижче) виготовляють з подвійного шару спеціальних ліпідів, відомих як фосфоліпіди. Фосфоліпід - молекула ліпідів з гідрофільної («водолюбної») головкою і двома гідрофобними («водоненависними») хвостами. Через гідрофільну та гідрофобну природу фосфоліпідів молекула повинна розташовуватися за певною схемою, оскільки лише певні частини молекули можуть фізично контактувати з водою. Пам'ятайте, що поза клітиною є вода, а цитоплазма всередині клітини - це в основному вода. Таким чином, фосфоліпіди розташовані в подвійному шарі (бішарі), щоб утримувати клітину окремо від навколишнього середовища. Ліпіди не змішуються з водою (нагадаємо, що масло є ліпідним), тому фосфоліпідний бішар клітинної мембрани діє як бар'єр, утримуючи воду з клітини, і утримуючи цитоплазму всередині клітини. Клітинна мембрана дозволяє клітині залишатися структурно недоторканими у своєму водному середовищі.

    Функція плазматичної мембрани полягає в контролі того, що надходить і виходить з клітини. Деякі молекули можуть пройти через клітинну мембрану, щоб увійти і вийти з клітини, але деякі не можуть. Тому клітина не є повністю проникною. «Проникний» означає, що перетинати бар'єр може будь-що. Відкриті двері повністю проникна для всього, що хоче увійти або вийти через двері. Плазмова мембрана напівпроникна, це означає, що деякі речі можуть потрапити в клітину, а деякі речі не можуть.

    Молекули, які не можуть легко пройти через бішар, включають іони та невеликі гідрофільні молекули, такі як глюкоза, і макромолекули, включаючи білки та РНК. Приклади молекул, які можуть легко розсіюватися через плазматичну мембрану, включають вуглекислий газ та кисневий газ. Ці молекули вільно дифундують у клітині та поза нею, вздовж їх градієнта концентрації. Хоча вода є полярною молекулою, вона також може дифузно через плазматичну мембрану.

    Креслення плазматичної мембрани
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Плазмові мембрани в основному складаються з фосфоліпідів (помаранчевих). Показана гідрофільна («водолюбна») голова і два гідрофобних («водоненависних») хвоста. Фосфоліпіди утворюють двошаровий (два шари). Середина двошарового - ділянка без води. Вода може бути по обидва боки двошарового шару. По всій мембрані багато білків.

    Цитозол

    Внутрішня частина всіх клітин також містить желеподібну речовину під назвою цитозол. Цитозол складається з води та інших молекул, включаючи ферменти, які є білками, що прискорюють хімічні реакції клітини. Все в клітці сидить в цитозолі, як фрукти в желейній формі. Термін цитоплазма відноситься до цитозолю і всіх органел, спеціалізованих відділень клітини. Цитоплазма не включає ядро. Оскільки прокаріотична клітина не має ядра, то ДНК знаходиться в цитоплазмі.

    Додаткові ресурси

    Дописувачі та атрибуція